МОДУЛЬ И МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/32 C02F103/02 

Изобретение относится к модульным устройствам для обеззараживания и дезинфекции воды при помощи ультрафиолетового (УФ) излучения бактерицидного диапазона и может быть использовано в открытых канальных или лотковых системах, предназначенных для обработки сточных или поверхностных вод.

В указанной области техники при обеззараживании воды УФ излучением в открытых канальных системах, как правило, применяют погружные ламповые модули с различной ориентацией источников излучения относительно потока обрабатываемой среды. Такие модули последовательно устанавливаются в канале, через который проходит поток обрабатываемой жидкости. Эффект обеззараживания достигается за счет воздействия на него бактерицидным УФ излучением, создаваемого установленными в модуле лампами.

В процессе эксплуатации модуля защитные чехлы УФ ламп загрязняются, интенсивность УФ излучения соответственно снижается, что может привести к падению дозы облучения ниже требуемой величины. По этой причине необходимо периодически производить очистку ламповых чехлов, для чего в отдельных конструкциях модулей предусматриваются специальные приспособления, позволяющие производить очистку "по месту" без извлечения модулей из канала. Для своевременной очистки модули зачастую оснащаются датчиками интенсивности УФ излучения, сигнализирующими о снижении уровня интенсивности излучения из-за загрязнения ламповых чехлов.

Как правило, системы УФ обеззараживания воды, предназначенные для использования в открытых каналах (лотках), состоят из отдельных модулей, установленных по всей длине канала. Поэтому конструкция модуля должна позволять гибко встраивать его в лотки и легко наращивать мощность системы увеличением количества модулей при наименьших затратах.

Известен вертикальный модуль для открытых канальных систем фирмы Capital Controls (рекламные материалы Severn Trent Services, Inc., 3000 Advance Lane Colmar, PA 18915, 2000 г.), включающий корпус из вертикальных стоек и горизонтальных оснований, между которыми параллельно друг другу установлены источники излучения - бактерицидные лампы в кварцевых чехлах. Модуль оснащен приспособлением для очистки чехлов ламп. Приспособление для очистки представляет собой установленные внутри корпуса модуля с возможностью перемещения 4 жесткие рамы с отверстиями, через которые проходят лампы. Рамы соединены с электроприводом, который перемещает их вверх и вниз по вертикальным направляющим вдоль поверхности ламповых чехлов. Приводной механизм, соединенный с насосом, расположен в специальном кожухе на корпусе модуля.

Модульная система представляет собой последовательно установленные в канале поперек потока воды модули указанной конструкции. Соответственно на каждом из них установлены электропривод для чистящего приспособления и насос, а также подведены соединения с выносным блоком питания и контроля. Система снабжена блоком контроля УФ интенсивности.

Недостатком известного технического решения является наличие в каждой конструкции модуля приводного механизма и насоса, необходимых для функционирования приспособления для очистки, что усложняет конструкцию модуля, увеличивает его габариты, а также требует дополнительного расхода энергии, необходимой для перемещения чистящего устройства в обе стороны.

Недостатком известной модульной системы является наличие источника давления для каждого составляющего элемента (модуля), а также потребность подвода рабочей среды, необходимой для процесса очистки извне, что отражается на организации системы в целом.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является вертикальный модуль, предназначенный для дезинфекции сточных вод в каналах, разработанный фирмой Montagna. Модуль состоит из корпуса, образованного вертикальными стойками и поперечными основаниями, между которыми вертикально установлены УФ лампы в защитных чехлах, которые закреплены в отверстиях нижнего основания. Модуль оснащен приспособлением для очистки, представляющим собой установленные в корпусе решетки, в отверстиях которых закреплены чистящие кольца, выполненные из устойчивого к воздействию УФ излучения материала и охватывающие поверхность ламповых чехлов, проходящих сквозь отверстия решетки. Приспособление для очистки выполнено с возможностью перемещения вдоль чехлов ламп по направляющим, вертикально установленным в корпусе, и приводится в действие пневматическим приводом, связанным с источником создания давления (компрессором). Привод установлен непосредственно на корпусе каждого модуля в специальном кожухе сверху и соединен с компрессором трубопроводом.

Недостатки известной конструкции модуля заключаются в следующем:
- наличии специального узла (приводного механизма), необходимого для передачи энергии на приспособление для очистки и его перемещения в обоих направлениях в процессе очистки;
- размещении приводного механизма непосредственно на корпусе модуля, что усложняет конструкцию модуля в целом, так как приводит к необходимости предусматривать герметичные специальные кожухи для его размещения, а также ведет к увеличению габаритов модуля, что влечет за собой увеличение глубины канала, в котором монтируется модульная система;
- дополнительном потреблении энергии в процессе очистки, так как для перемещения приспособления в обоих направлениях затрачивается внешняя энергия;
- отсутствии запаса технологического пространства для установки средств контроля, не позволяющее производить контроль параметров процесса непосредственно в зоне облучения;
- возможности изменения усилия подъема достигается только за счет давления компрессора, что увеличивает энергозатраты.

Известна модульная система, разработанная этой же фирмой, включающая последовательно установленные в канале поперек потока обеззараживаемой жидкости модули указанной конструкции, снабженные приспособлением для очистки, соединенные с компрессором, установленным вне воды. Рабочая среда для создания давления, необходимого для функционирования системы очистки, подается в систему из внешних источников. Модули также соединены с блоками питания, управления и контроля.

Недостатком известной модульной системы очистки воды в каналах является необходимость подачи энергии для функционирования системы очистки извне. Это требует дополнительных затрат при эксплуатации системы и увеличивает ее стоимость.

В основу изобретения положена задача создания простой, легко встраиваемой в канал, менее энергоемкой и оснащенной средствами контроля конструкции модуля за счет использования безприводной системы очистки, а также экономичной оптимально организованной системы, состоящей из модулей предлагаемой конструкции, в которой обрабатываемая жидкость используется в качестве рабочей среды.

Технический результат, достигаемый за счет предлагаемой конструкции модуля, заключается в снижении энергопотребления при его эксплуатации, уменьшении габаритов, повышении эффективности использования полезной площади модуля, а также его оптимизации как функционального элемента модульной системы.

Сущность изобретения состоит в том, что, модуль включает в себя открытый корпус, состоящий из вертикальных стоек и соединенных с ними поперечных оснований, между которыми вертикально установлены ультрафиолетовые лампы в чехлах из материала, прозрачного для УФ излучения, а также приспособление для очистки ламповых чехлов, выполненное в виде нескольких поперечных решеток с отверстиями для ламп, в которых установлены чистящие кольца, выполненные из материала, устойчивого к воздействию УФ излучения, и установленное в корпусе с возможностью перемещения относительно ламповых чехлов за счет соединения с движущим элементом, выполненным с возможностью перемещения по вертикальной направляющей, установленной в корпусе модуля.

Согласно изобретению движущим элементом является замкнутый полый цилиндр, соединенный с полым цилиндром меньшего диаметра, закрепленном на основании корпуса, и выполненный с возможностью перемещения относительно этого цилиндра, а в качестве вертикальной направляющей используется установленная коаксиально цилиндрам труба с отверстиями, выполненными таким образом, что они находятся внутри замкнутого цилиндра при его любом положении. Также согласно изобретению в корпусе модуля размещен датчик интенсивности УФ излучения, направленный на одну из ламп.

Технический результат, достигаемый за счет использования модульной системы, заключается в снижении стоимости затрат на эксплуатацию, а также энергозатрат, за счет применения модулей данной конструкции и обрабатываемой воды как рабочей среды.

Сущность изобретения, относящегося к модульной системе, заключается в том, что она содержит последовательно установленные в потоке обрабатываемой среды модули, снабженные приспособлениями для очистки чехлов, соединенные с источником создания давления и блоками питания и контроля.

Согласно изобретению источник создания давления расположен в обрабатываемой среде, которая используется в качестве рабочей.

Таким образом, предлагаемая конструкция модуля позволяет непосредственно передавать давление на приспособление для очистки, причем функцию привода в данном случае выполняет один из элементов приспособления для очистки, а именно замкнутый полый цилиндр, к которому прикреплены поперечные решетки. Данная конструкция дает выигрыш в затратах энергии по сравнению с прототипом, так как из крайнего верхнего положения приспособление для очистки опускается под собственным весом. Взаиморасположение элементов конструкции позволяет более эффективно использовать полезную площадь модуля за счет запаса технологического пространства, например разместить в ламповой зоне средство контроля или увеличивать подъемную силу, варьируя диаметры цилиндров, что также дает экономию энергии.

Кроме того, поскольку модуль является основным функциональным элементом системы, устанавливаемой в канале, указанные преимущества позволяют оптимизировать ее организацию за счет снижения энергопотребления и использования обеззараживаемой жидкости в качестве рабочей среды для приведение в действие системы очистки, так как при этом не требуется подвода ее извне.

Предлагаемое устройство и модульная система содержат следующие конструктивные особенности и работают следующим образом.

Модуль состоит из открытого корпуса, образованного вертикальными стойками и закрепленными между ними поперечными основаниями, между которыми вертикально установлены УФ бактерицидные лампы в защитных чехлах, глухие концы которых закреплены в нижнем основании корпуса, а верхние концы имеют герметичное уплотнение и снабжены электрическими контактами для соединения с блоком питания, управления и сигнализации. Приспособление для очистки ламповых чехлов выполнено в виде одной или нескольких поперечных решеток, в отверстиях которых размещены чистящие кольца, изготовленные из материала, устойчивого к воздействию УФ излучения. УФ лампы проходят через отверстия в решетках. На нижнем основании корпуса установлен и жестко закреплен полый цилиндр, верхний торец которого вставлен в замкнутый полый цилиндр, диаметр которого больше, чем диаметр нижнего, и который может двигаться относительно зафиксированного на нижнем основании полого цилиндра по направляющей. Направляющая установлена коаксиально обоим цилиндрам, вертикально закреплена в основаниях в центре корпуса и представляет собой полую трубу с отверстиями для подачи воды. Отверстия в направляющей выполенены на таком уровне, что находятся внутри замкнутого цилиндра при любом его положении, в том числе и в крайних - поднятом или опущенном. Решетки прикреплены к замкнутому цилиндру, который перемещает их вдоль ламповых чехлов.

Приспособление для очистки может занимать два крайних положения, исходное - на нижнем основании устройства, и верхнее поднятое положение. При необходимости произвести очистку кварцевых чехлов в полую трубу-направляющую подается вода, которая через отверстия в ней поступает в верхний замкнутый цилиндр. По мере заполнения цилиндра давление в нем растет. За счет разницы площадей оснований верхнего подвижного и вставленного в него нижнего зафиксированного цилиндров возникает подъемная сила, и замкнутый цилиндр поднимается, двигаясь по нижнему цилиндру вдоль направляющей, продвигая закрепленные на нем плиты по всей длине кварцевого чехла. При этом чистящие кольца, закрепленные в отверстиях плиты и плотно обхватывающие поверхность чехла, удаляют накопившиеся на поверхности чехлов загрязнения. Когда давление падает, верхний цилиндр с укрепленными на нем рамами под собственным весом без затраты энергии плавно опускается в исходное положение, так же осуществляя очистку чехлов.

Датчик УФ излучения закреплен на верхнем основании корпуса модуля параллельно ламповому чехлу, проходит через соответствующее отверстие в решетке и имеет электрическое соединение с блоком питания и контроля.

Модульная система для обработки воды УФ излучением в открытых каналах или лотках включает в себя модули, снабженные приспоблением для очистки, последовательно установленные в канале, через который проходит поток обеззараживаемой воды, таким образом, что УФ лампы расположены поперек потока. Источником подачи давления на приспособления для очистки модулей является, например, насос, погруженный в воду и размещенный непосредственно в потоке. К насосу подведен замкнутый трубопровод. При возникновении необходимости очистки чехлов насос включается, подается давление на приспособления для очистки модулей, они поднимаются вверх. После достижения крайнего верхнего положения насос выключается, давление соответственно падает, а приспособления для очистки под собственным весом опускаются вниз. В качестве рабочей среды для создания давления в замкнутых цилиндрах приспособлений для очистки модуля используется обеззараживаемая вода.

За счет использования обрабатываемой воды как рабочей среды для приведения в действие очистки достигается дополнительная экономия энергии, которая вырабатывается непосредственно по месту.

Для сильно загрязненных вод источник создания давления располагается в замкнутой емкости, снабженной фильтрами, через которые проходит обрабатываемая вода для последующего использования в качестве рабочей среды.

В дальнейшем предлагаемый модуль и модульная система для обработки воды в каналах на его основе поясняются чертежами и конкретными примерами реализации.

На фиг. 1 представлена конструкция модуля для обеззараживания воды УФ излучением с приспособлением для очистки ламповых чехлов, где показаны корпус 1 модуля, образованный вертикальными стойками 2 и поперечными основаниями 3, в котором вертикально установлены УФ лампы 4 в защитных чехлах 5. В корпусе закреплено приспособление 6 для очистки кварцевых чехлов в виде решеток 7 с отверстиями, через которые проходят УФ лампы. Приспособление для очистки имеет возможность двигаться вдоль чехлов по направляющей 8, которая вертикально закреплена в основаниях корпуса и имеет отверстия 9 для подачи воды. Перемещение плиты осуществляется за счет ее соединения с замкнутым цилиндром 10, установленным коаксиально направляющей и выполненным с возможностью перемещения вдоль нее. Замкнутый цилиндр вставлен в полый цилиндр 11, закрепленный на основании корпуса и установленный коаксиально направляющей.

На фиг.2 показано расположение датчика 12 УФ излучения, который закреплен на верхнем основании корпуса и предназначен для контроля величины дозы облучения.

На фиг. 3 отдельно показано приспособление для очистки ламповых чехлов, представляющее собой рамы, закрепленные на замкнутом цилиндре, в отверстиях 13 которых установлены чистящие кольца 14.

На фиг.4 представлена модульная система для обработки воды УФ излучением в открытых каналах или лотках. Система включает в себя последовательно установленные в канале 15 модули 16, снабженные приспоблением для очистки чехлов, источник 17 подачи давления на приспособления для очистки модулей, трубопровод 18, блок питания и контроля 19. В случае обработки воды с большим количеством взвешенных частиц насос помещен в замкнутую емкость 20, вода в которую поступает через фильтры 21.

Пример конкретной реализации модуля.

Открытый корпус модуля выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и имеет размер 1890•740•855 мм. В корпусе вертикально установлены 36 ртутные амальгамные лампы низкого давления в защитных чехлах из кварца или кварцевого оптического стекла, снабженные электрическими контактами для соединения с выносным блоком питания, управления и сигнализации и герметичными уплотнениями, предотвращающими попадание воды на контакты ламп, в качестве которых используются уплотняющие прокладки и поджимные гайки. Лампы расположены параллельными рядами или в шахматном порядке на расстоянии 90 мм между продольными осями ламп и 90 мм между рядами. Глухие концы чехлов закреплены на нижнем основании модуля в кольцах из фторопласта. Длина лампового чехла составляет 1650 мм. Лампы имеют электрические контакты для соединения с блоками питания и контроля, а также средства для предотвращения попадания воды на контакты, в качестве которых используются уплотнительные прокладки и поджимные гайки.

В корпусе установлено приспособление для очистки кварцевых чехлов, состоящее из двух плит, изготовленных из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с отверстиями 34 мм, в которых установлены чистящие кольца с внутренним диаметром 28 мм из фторопласта марки Ф-4, охватывающие поверхность чехла. Отверстия в плитах выполнены в порядке, отвечающем расположению ламп, таким образом, что лампы проходят через эти отверстия. Решетки приварены к замкнутому цилиндру диаметром 84 мм. В замкнутый цилиндр вставлен полый цилиндр диаметром 61 мм, приваренный к нижнему основанию корпуса. Внутри обоих цилиндров и коаксиально им проходит направляющая, установленная между основаниями, которая представляет собой трубу диаметром 32 мм с 2 отверстиями, выполненными в ней на высоте 815 мм так, что они находятся внутри полого цилиндра при любых его положениях. Через указанные отверстия в замкнутый цилиндр от насоса подается вода из канала и давление в нем возрастает. Цилиндр поднимается вверх вдоль чехлов по направляющей и тянет за собой решетки, длина хода каждой из которых равна половине длине лампового чехла. По достижении цилиндром крайнего верхнего положения насос выключается, и приспособление для очистки под действием собственного веса опускается в крайнее нижнее положение.

На верхнем основании модуля закреплен датчик УФ интенсивности ДИ-20 (патент РФ 2172482, G 01 N 21/59), расположенный параллельно лампам и проходящий через соответствующее отверстие в решетке. Датчик имеет электрическое соединение с блоком питания и контроля, который предназначен для обработки сигнала и определения величины дозы облучения.

Пример конкретной реализации модульной системы.

В лотке, представляющем собой бетонный канал длиной 10 м, попарно последовательно установлено 4 модуля, каждый из которых снабжен системой очистки, описанной в примере 1. Модули электрически соединены с блоком питания и контроля. Для подачи давления на всю систему модулей используется погружной насос мощностью 3 кВт. Насос погружен в обрабатываемую воду и имеет замкнутый трубопровод (шланг), которым соединен с модулями. В процессе очистки открывается клапан замкнутого трубопровода, и давление одновременно подается в замкнутые цилиндры приспособлений для очистки каждого модуля. После того как чистящие рамы подняты вверх, клапан перекрывается и давление падает. В случае сильно замутненной воды насос погружен в закрытый бак, снабженный сетчатыми фильтрами, через которые предварительно проходит вода, чтобы после удаления взвешенных использоваться как рабочая среда. Как вариант, источником давления может служить гидравлический пресс, представляющий собой сообщающиеся емкости с разными площадями поверхностей.

Изобретение относится к модульным устройствам для обеззараживания и дезинфекции воды при помощи УФ излучения бактерицидного диапазона и может быть использовано в открытых канальных или лотковых системах, предназначенных для обработки сточных или поверхностных вод. Модуль содержит вертикальные УФ лампы, поперечные решетки с отверстиями для ламп, в которых установлены чистящие кольца. Решетки снабжены движущим элементом в виде двух телескопических цилиндров. Рабочей средой движущего элемента является очищаемая вода. Модульная система содержит источник создания давления, расположенный в обрабатываемой воде или в замкнутой емкости с фильтрами для поступления обрабатываемой воды. Технический результат состоит в снижении энергопотребителя. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Модуль для обработки воды ультрафиолетовым излучением, включающий в себя корпус, состоящий из вертикальных стоек и соединенных с ними поперечных оснований, между которыми вертикально установлены ультрафиолетовые лампы в чехлах из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, а также приспособление для очистки ламповых чехлов, выполненное в виде поперечных решеток с отверстиями для ламп, в которых установлены чистящие кольца, выполненные из материала, устойчивого к воздействию ультрафиолетового излучения, и установленное в корпусе с возможностью перемещения относительно ламповых чехлов за счет соединения с движущим элементом, выполненным с возможностью перемещения по вертикальной направляющей, установленной в корпусе модуля, отличающийся тем, что движущим элементом является замкнутый полый цилиндр, соединенный с полым цилиндром меньшего диаметра, закрепленным на основании корпуса, и выполненный с возможностью перемещения относительно этого цилиндра, а в качестве вертикальной направляющей используется установленная коаксиально цилиндрам труба с отверстиями, выполненными таким образом, что они находятся внутри замкнутого цилиндра при любом его положении. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе модуля размещен датчик интенсивности УФ излучения, направленный на одну из ламп. 3. Модульная система для обработки воды ультрафиолетовым излучением, содержащая последовательно установленные в потоке обрабатываемой среды модули, снабженные приспособлениями для очистки чехлов и соединенные трубопроводом с источником создания давления, а посредством электрических соединений - с блоками питания и контроля, отличающаяся тем, что источник создания давления расположен в обрабатываемой воде, которая используется в качестве рабочей среды. 4. Модульная система по п. 3, отличающаяся тем, что источник создания давления расположен в замкнутой емкости, снабженной фильтрами для поступления обрабатываемой воды.